电力系统分析第五章

1、5512022-6-15第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 主要内容：有功功率和频率的调整、无功功率和电压的调整、主要内容：有功功率和频率的调整、无功功率和电压的调整、运行方式的优化以及潮流的灵活控制。运行方式的优化以及潮流的灵活控制。隐极式隐极式凸极式凸极式fn606050Hz=3000r/min 负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使它尽量不变。的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使它尽量不变。 负荷无功功率的变化要求对发电机和其他无功补偿

2、设备的运负荷无功功率的变化要求对发电机和其他无功补偿设备的运行进行调整，并保证合格的电压供电质量。行进行调整，并保证合格的电压供电质量。 分配和调整发电机功率时，需考虑它们和线路、变压器等设分配和调整发电机功率时，需考虑它们和线路、变压器等设备的容量限制和其他条件，保证设备和系统的安全性。备的容量限制和其他条件，保证设备和系统的安全性。 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对系统运行方式进行决策和调整时，还必须考虑经济性。系统运行方式进行决策和调整时，还必须考虑经济性。5522022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频

3、率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。pfn/60一、负荷的有功功率及其频率特性一、负荷的有功功率及其频率特性1. 负荷有功功率的变化负荷有功功率的变化5532022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制2. 负荷的频率特性负荷的频率特性 负荷有功功率随系统频率变化的特性称为负荷有功功率的静负荷有功功率随系统频率变化的特性称为负荷有功功率的静态频率特性，简称为负荷的频率特性。态频率特性，简称为负荷的频率特性。负荷按其有功

4、功率与频率的关系分类：负荷按其有功功率与频率的关系分类：(1)与频率无关的负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等与频率无关的负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等(2)与频率成正比的负荷：切削机床、压缩机、卷扬机等与频率成正比的负荷：切削机床、压缩机、卷扬机等(3)与频率的二次方成正比的负荷：涡流损耗等与频率的二次方成正比的负荷：涡流损耗等(4)与频率的三次方成正比的负荷：风机、静水头阻力不大的水泵与频率的三次方成正比的负荷：风机、静水头阻力不大的水泵(5)与频率的高次方成正比的负荷：静水头阻力很大的给水泵等与频率的高次方成正比的负荷：静水头阻力很大的给水泵等nNnNNNLNLffaffaff

5、affaaPP33221013210naaaaannLfafafafaaP*3*32*2*10*fKPLLKL：负荷的频率调节效应系数，：负荷的频率调节效应系数，MW/Hz5542022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制标么值形式：标么值形式：*fKPLLLNNLLPfKK*二、频率调整的必要性和有功功率平衡二、频率调整的必要性和有功功率平衡1. 频率调整的必要性频率调整的必要性 电动机转速与频率近似成正比；电动机转速与频率近似成正比； 频率下降将使汽轮发电机的汽轮叶片振动增大，影响其寿命，频率下降将使汽轮发电机的汽轮叶片振动增大，影

6、响其寿命，甚至产生裂纹或断裂；甚至产生裂纹或断裂； 频率降低时，火力发电厂由电动机驱动的动力设备由于转速频率降低时，火力发电厂由电动机驱动的动力设备由于转速下降而使它们的出力减小，引起锅炉和汽轮机出力降低，从下降而使它们的出力减小，引起锅炉和汽轮机出力降低，从而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃；而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃； 核电厂的反应堆的冷却介质泵对频率的要求比较严格，当频核电厂的反应堆的冷却介质泵对频率的要求比较严格，当频率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。 为防止频率崩溃，系统中设置自

7、动低频减负荷装置，当频率为防止频率崩溃，系统中设置自动低频减负荷装置，当频率降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。5552022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制2. 有功功率平衡和备用容量有功功率平衡和备用容量 为保证电力系统的频率质量，应满足额定频率下系统有功功为保证电力系统的频率质量，应满足额定频率下系统有功功率平衡的要求。率平衡的要求。 备用容量的种类：备用容量的种类：(1)负荷备用。一般取负荷的负荷备用。一般取负荷的2%5%。(2)事故备用。为防止发电机组发生

8、事故设置的备用容量，一般事故备用。为防止发电机组发生事故设置的备用容量，一般取系统最大负荷的取系统最大负荷的5%10%。(3)检修备用。检修备用。(4)国民经济备用。国民经济备用。 负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。 热备用是指所有投入运行的发电机组可能发出的最大功率之热备用是指所有投入运行的发电机组可能发出的最大功率之和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。 冷备用指系统中停止运行状态，可随时待命起动的发电机组冷备用指系统中停止运行状态，可随时待命起动的发电机组最大出力的总和。最大出力的

9、总和。 冷备用可作为检修备用和国民经济备用。冷备用可作为检修备用和国民经济备用。5562022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制1. 发电机组的自动调速发电机组的自动调速系统系统 调速系统种类：调速系统种类：(2)电气液压式：将转速信号变换为电信号，再通过电气电气液压式：将转速信号变换为电信号，再通过电气-液压转液压转换器转换为液压变化信号。换器转换为液压变化信号。0maxmax1RLgiGNiPPPP三、发电机组的调速系统和频三、发电机组的调速系统和频率的一次调整率的一次调整 通过原动机调速器的作用通过原动机调速器的作用完成发电机组

10、出力和频率完成发电机组出力和频率的调整，称为频率的一次的调整，称为频率的一次调整。调整。不同稳态时，不同稳态时，B点位置不点位置不变，变，A点回不到原来的位点回不到原来的位置，置，有差调节有差调节(1)机械液压式：采用离心机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为飞摆将转速信号变换为位移信号。位移信号。5572022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制功率功率-频率电气液压调速系统：频率电气液压调速系统：ffKPPUsetGGseterr5582022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整

11、和控制2. 发电机组有功功率静态频率特性发电机组有功功率静态频率特性 有功功率静态频率特性：在自动调速系统作用下，发电机组有功功率静态频率特性：在自动调速系统作用下，发电机组输出的有功功率与频率之间的稳态关系。输出的有功功率与频率之间的稳态关系。fPGPsetfN00ffKPPUsetGGseterrffKPPsetGsetGNsetfffffsetGGPPPMW/HzfPKGGGNNGGNNGGPfKfPfPK* 调速系统常用调差系数百分数调速系统常用调差系数百分数%来反映静态特性。来反映静态特性。100%1*GK单位调节功率单位调节功率 每台机组的调差系数可单独整定。离心飞摆式调速系统，整

12、每台机组的调差系数可单独整定。离心飞摆式调速系统，整定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定KG。例例5-25592022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制3. 系统频率的一次调整系统频率的一次调整 定性分析定性分析fPGPG0=PL0fN0PL0oofPG=PLPLPG 定量分析定量分析GLLPPP0NffffKPGGfKPLLLGLPPP0fKKLGfKSfPKKKLLGS0系统的功率频率特性系数或单位调节功率系统的功率频率特性系数或单位调节功率GNNGGPfKK*LNNLLPf

13、KK*fPfPKfPKLNLNLNGNG0*0*SLLGrKfPKKkkr=PGN/PLN，系统的热备用系数，系统的热备用系数 暂态过程暂态过程LP机组惯性，机组惯性，n不能突变不能突变GP不变不变LGPP 机组动能转换为电功率机组动能转换为电功率n调速系统工作调速系统工作GP直到达到新的平衡直到达到新的平衡LP55102022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制四、频率的二次、三次调整和自动发电控制四、频率的二次、三次调整和自动发电控制1. 自动发电控制的一般要求自动发电控制的一般要求 负荷变化时，一次调频负荷变化时，一次调频(自动调

14、速系统的调节自动调速系统的调节)可调节发电机的可调节发电机的功率，在一定程度上满足负荷的需要。功率，在一定程度上满足负荷的需要。 但调速系统的调差系数不能为零，因此一次调频不可避免地但调速系统的调差系数不能为零，因此一次调频不可避免地 会出现频率偏差。会出现频率偏差。 当负荷变化较大时，频率偏差甚至超过容许的范围。当负荷变化较大时，频率偏差甚至超过容许的范围。 为了进一步稳定系统的频率，需要进行频率的二次和三次调为了进一步稳定系统的频率，需要进行频率的二次和三次调整。调整时还需要考虑其他方面的要求：整。调整时还需要考虑其他方面的要求：(1)控制系统频率的同时，应控制省与省之间、地区与地区之间控

15、制系统频率的同时，应控制省与省之间、地区与地区之间通过联络线交换的功率。这种控制称为频率和联络线功率控通过联络线交换的功率。这种控制称为频率和联络线功率控制，也称为负荷频率控制。制，也称为负荷频率控制。(2)为了达到经济的目的而进行调整和控制称为经济调度控制，为了达到经济的目的而进行调整和控制称为经济调度控制，简称为经济调度。简称为经济调度。55112022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频；负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频； 经济调度控制称为频率的三次调整或三次调频；经济调度控制称为

16、频率的三次调整或三次调频； 二次调频和三次调频通称为自动发电控制。二次调频和三次调频通称为自动发电控制。2. 区域误差控制区域误差控制区域区域1区域区域m区域区域n区域区域jTijPLiP 将频率误差和联络线的将频率误差和联络线的净交换功率误差进行综净交换功率误差进行综合，形成区域控制误差。合，形成区域控制误差。fKPACEiTiiiTspiijTijTiPPP i为区域为区域i的功率偏差系数；的功率偏差系数；Ki为区域为区域i的频率偏差系数。的频率偏差系数。 在负荷频率控制中，各区域根据本身的区域控制误差在负荷频率控制中，各区域根据本身的区域控制误差ACEi对对该区域内的发电机进行控制，使得

17、在达到稳态时，区域控制该区域内的发电机进行控制，使得在达到稳态时，区域控制误差误差ACEi为零。为零。(1)恒定频率控制恒定频率控制取取i =0，Ki =1ffKPACEiTiii55122022-6-15 当当Ki取为取为KSi时，根据时，根据ACEi的大小，可分为三种情况：的大小，可分为三种情况：5-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制(2)恒定净交换功率控制恒定净交换功率控制取取i =1，Ki =0fKPACEiTiiiTiP(3)联络线功率和频率偏差控制联络线功率和频率偏差控制取取i =1fKPACEiTiifKPSL0若若Ki为区域为区域i

18、本身的单位调节功率本身的单位调节功率KSi，-Kif为区域为区域i内与内与f相对应的负荷增量相对应的负荷增量PL0 。-PTi为其它区域向区域为其它区域向区域i输送的净功率增量。输送的净功率增量。-PTi -Kif为区域为区域i中总的负荷增量中总的负荷增量PLi 。 -ACEi=0，即，即-PTi Kif =0，则说明通过联络线的净功率，则说明通过联络线的净功率PTi可能改变，而本区域的负荷并未发生变化；可能改变，而本区域的负荷并未发生变化； -ACEi0，说明区域，说明区域i的负荷有所增加。反之，区域的负荷有所增加。反之，区域i的负荷有的负荷有所减少。所减少。 ACEi不但可以用来判断负荷的

19、变化是否发生在本区域内，而不但可以用来判断负荷的变化是否发生在本区域内，而且反映了本区域的负荷时增加还是减小以及具体的数值。且反映了本区域的负荷时增加还是减小以及具体的数值。55132022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 如果各区域都按照各自的如果各区域都按照各自的ACEi进行联络线和频率偏差控制，进行联络线和频率偏差控制，稳态时达到稳态时达到ACEi =0，则各区域实际上负责本区域内机组输出，则各区域实际上负责本区域内机组输出功率与有功负荷之间的平衡。联络线的功率也不变。功率与有功负荷之间的平衡。联络线的功率也不变。BBtBBA

20、AtAAfKPACEfKPACE稳态时：稳态时：00fKPfKPBtBAtA故：当故：当f=0, PtA=PtB=0，才满足上述条件。，才满足上述条件。 实际系统中，一般应使所有区域都采用联络线功率和频率偏实际系统中，一般应使所有区域都采用联络线功率和频率偏差控制。差控制。 但有时也对容量较小的区域系统采用恒定净交换功率控制，但有时也对容量较小的区域系统采用恒定净交换功率控制，对容量较大的区域系统采用恒定频率控制，使容量较小的系对容量较大的区域系统采用恒定频率控制，使容量较小的系统保持净交换功率不变，而容量较大的区域系统承担全系统统保持净交换功率不变，而容量较大的区域系统承担全系统的频率调整任

21、务。其他区域系统则自我平衡负担本区域的负的频率调整任务。其他区域系统则自我平衡负担本区域的负荷变化。荷变化。55142022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制3. 自动发电控制的实现自动发电控制的实现 各机组功率给定值决定各机组功率给定值决定于区域控制误差的大小于区域控制误差的大小和负荷变化在机组间的和负荷变化在机组间的分配原则。分配原则。 按照参与自动发电控制按照参与自动发电控制 的各机组的备用容量大的各机组的备用容量大 小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。 按照经济原则分配，针对

22、负荷的变化和预测误差作经济功率按照经济原则分配，针对负荷的变化和预测误差作经济功率分配调整。分配调整。 实际电力系统中，基本上所有机组都有自动调速系统，频率实际电力系统中，基本上所有机组都有自动调速系统，频率的一次调整靠机组的调速系统完成，并且连续不断地进行，的一次调整靠机组的调速系统完成，并且连续不断地进行，因此所有机组都参与了一次调频。因此所有机组都参与了一次调频。 二次和三次频率调整不二次和三次频率调整不是所有机组都参加，也是所有机组都参加，也不是连续不断的。不是连续不断的。55152022-6-155-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 按

23、机组备用容量大小进行分配，分配系数为：按机组备用容量大小进行分配，分配系数为：ijGijMijGijMijijPPPPr PMij为机组为机组j的极限出力，的极限出力，ACEi0 ，取机组最小容许出力。，取机组最小容许出力。 按机组容许的功率调整速率分配，分配系数为：按机组容许的功率调整速率分配，分配系数为：ijijijijSSr 对于上面两种情况，有对于上面两种情况，有1ijijriijijeijijGijijeijsijACErPPePP1ijijeiijGijijsijACEPP 若机组总出力不等于按经济功率分配要求的总出力，则机组若机组总出力不等于按经济功率分配要求的总出力，则机组将按

24、经济分配系数将按经济分配系数eij的大小分担该差值。的大小分担该差值。 区域区域i内通过自动发电控制所增加的总出力，等于该区域总的内通过自动发电控制所增加的总出力，等于该区域总的负荷增量负荷增量-ACEi，并将该分量按，并将该分量按rij分配到各机组。分配到各机组。55162022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 无功功率和电压的控制与有功功率和频率的控制之间有很大无功功率和电压的控制与有功功率和频率的控制之间有很大区别：区别：(1)稳态时，全系统的频率相同，但各节点的电压则不同，且电稳态时，全系统的频率相同，但各节点的电压则不同，

25、且电压的容许变化范围也可能不同。压的容许变化范围也可能不同。(2)调整频率的手段只是各个发电厂的发电机组，而调整电压的调整频率的手段只是各个发电厂的发电机组，而调整电压的手段除各个发电机外，还有大量的无功功率补偿设备和带负手段除各个发电机外，还有大量的无功功率补偿设备和带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。在无功荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。在无功功率和电压的控制中，必须对它们和发电机的控制进行协调，功率和电压的控制中，必须对它们和发电机的控制进行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。一、无功负荷及负荷的静态电压特

26、性一、无功负荷及负荷的静态电压特性1. 负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗 全系统负荷所吸收的无功功率在一天的变化情况与有功功率全系统负荷所吸收的无功功率在一天的变化情况与有功功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。 无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。 变压器和线路也将产生无功功率损耗。变压器和线路也将产生无功功率损耗。 整个系统的无功功率损耗比有功功率损耗大很多。整个系统的无功功率损耗比有功功率损耗大很多。55172022-6-155-2 5-2 电力系

27、统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2. 负荷的静态电压特性负荷的静态电压特性 在某一固定负荷组成情况下，负荷的总有功功率和无功功率在某一固定负荷组成情况下，负荷的总有功功率和无功功率与电压之间的稳态关系称为与电压之间的稳态关系称为负荷的静态电压特性负荷的静态电压特性。 变电所母线或线路所供给的总负荷，除了受电器外，还包括变电所母线或线路所供给的总负荷，除了受电器外，还包括各级有关电网中线路和变压器的功率损耗，以及补偿设备的各级有关电网中线路和变压器的功率损耗，以及补偿设备的功率，把这种总负荷称为功率，把这种总负荷称为综合负荷综合负荷。pNpNpLNLcUUbUUaP

28、P2qNqNqLNLcUUbUUaQQ2ap、bp、cp和和aq、bq、cq为特性系数为特性系数1pppcba1qqqcbapppLcUbUaP*2*qqqLcUbUaQ*2*恒定阻抗部分恒定阻抗部分恒定电流部分恒定电流部分恒定功率部分恒定功率部分55182022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制二、同步发电机和无功补偿设备的功率特性二、同步发电机和无功补偿设备的功率特性 无功补偿设备类型无功补偿设备类型: 同步调相机同步调相机(同步补偿器同步补偿器)、并联电容器、并联电容器、并联电抗器、静止无功补偿器和静止无功发生器。并联电抗器、静

29、止无功补偿器和静止无功发生器。1. 同步发电机和同步调相机同步发电机和同步调相机 同步发电机既可发出无功功率，也可吸收无功功率。同步发电机既可发出无功功率，也可吸收无功功率。 发电机发出的最大无功功率取决于额定容量和额定功率因数：发电机发出的最大无功功率取决于额定容量和额定功率因数：NNNSQsin 额定电压下，定子绕组电流不过载的条件：额定电压下，定子绕组电流不过载的条件：222NGGSQPQGPGoQNPNabcdNNN0EdNXIjNUNIfhgodNXU/2dNXUE/0 同步发电机也可以超前功率因数运行，同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。即进相运行。55192022-6-

30、155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 同步调相机可作为无功电源运行，也可作为负载运行。同步调相机可作为无功电源运行，也可作为负载运行。 优点：调节灵活，可用于控制系统电压，也可用于提高系统优点：调节灵活，可用于控制系统电压，也可用于提高系统的稳定性。的稳定性。 缺点：设备投资和维护费用高。缺点：设备投资和维护费用高。 同步电动机也可发出无功功率。同步电动机也可发出无功功率。2. 并联电容器并联电容器 优点：费用低，能量损耗小，可进行就地补偿。优点：费用低，能量损耗小，可进行就地补偿。 缺点：电压降低时无功显著减小，不能连续调节。缺点：电压降低

31、时无功显著减小，不能连续调节。3. 并联电抗器并联电抗器 并联电抗器主要用来补偿线路的充电功率。并联电抗器主要用来补偿线路的充电功率。4. 静止无功补偿器静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC) SVC可对无功功率进行连续和快速的调节。可对无功功率进行连续和快速的调节。 组成：晶闸管调节电抗器组成：晶闸管调节电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电容器(TSC)55202022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制边界条件：边界条件： tUtuttiLNcos2ddt 0ti sinsin2tLUt

32、iNt对电流进行傅立叶分解，可得其基波分量为：对电流进行傅立叶分解，可得其基波分量为： tLUtiNsin2sin2212sin2LLX2sin2L,0,22导通角55212022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 静止无功补偿器将有谐波电流。静止无功补偿器将有谐波电流。 晶闸管投切电容器中的晶闸管只控制电路的全通或全断。晶闸管投切电容器中的晶闸管只控制电路的全通或全断。 将将TCR与与TSC的容量进行配合，可得到同步调相机的效果。的容量进行配合，可得到同步调相机的效果。 SVC的等值伏安特性分析的等值伏安特性分析(TCR与与FC并联

33、并联)ISVC感性感性容性容性O0D2CSVC1XC SVC21LXLCrefe SVCUUX IrefUAB SVC相当于一个电动势相当于一个电动势为为Uref，内电抗为，内电抗为Xe的同的同步调相机。步调相机。 当当TCR与与TSC并联时，并联时，同理可得出等值伏安特同理可得出等值伏安特性，但应考虑性，但应考虑TSC的投切的投切以及它们可能的分组和以及它们可能的分组和组合情况。组合情况。U55222022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制三、电压调整的必要性和电压质量要求三、电压调整的必要性和电压质量要求1. 电压偏移造成的影响和

34、容许的电压偏移电压偏移造成的影响和容许的电压偏移 电压低于额定电压的影响电压低于额定电压的影响 对感应式电动机的影响对感应式电动机的影响 对火力发电厂的影响对火力发电厂的影响 对电弧炉、白炽灯和电子设备的影响对电弧炉、白炽灯和电子设备的影响 电压高于额定电压的主要危害是使电气设备的绝缘降低，影电压高于额定电压的主要危害是使电气设备的绝缘降低，影响其使用寿命。响其使用寿命。各电压等级供电电压偏差的限值各电压等级供电电压偏差的限值用户电压等级用户电压等级限限 值值35kV以上用户以上用户10%20kV及以下用及以下用户户7%220V用户用户-10%7%55232022-6-155-2 5-2 电力

35、系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2. 无功功率平衡无功功率平衡NN0EdNXIjNUNIsinNNIU 单个发电机向综合负荷供电单个发电机向综合负荷供电设综合负荷额定电压下的无功功率为设综合负荷额定电压下的无功功率为QLN。发电机的无功功率容量为发电机的无功功率容量为QGN。若若QGN QLN ，则可调节发电机，则可调节发电机的励磁电流，改变发电机的端的励磁电流，改变发电机的端电压，使电压偏移在允许的范围内。电压，使电压偏移在允许的范围内。若若QGN QLN ，且让发电机供给综合负荷所需要的无功功率，则，且让发电机供给综合负荷所需要的无功功率，则励磁绕组的励磁电

36、动势将超出其额定值，使励磁绕组过载。励磁绕组的励磁电动势将超出其额定值，使励磁绕组过载。 综合负荷未经无功补偿前的功率因数为综合负荷未经无功补偿前的功率因数为0.60.9，即无功功率，即无功功率约为其有功功率的约为其有功功率的0.51.3倍。倍。 发电机的额定功率因数为发电机的额定功率因数为0.850.9，即发电机额定无功功率约，即发电机额定无功功率约为其有功功率的为其有功功率的0.50.6倍。倍。 实际电力系统中，需要安装大量的无功补偿设备。实际电力系统中，需要安装大量的无功补偿设备。 无功补偿设备的应用一般在做规划时确定。无功补偿设备的应用一般在做规划时确定。55242022-6-155-

37、2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制四、电压调整和控制方法四、电压调整和控制方法1. 中枢点的电压管理中枢点的电压管理 在系统中设置一定数量的在系统中设置一定数量的“电压中枢点电压中枢点”，将分散负荷对容，将分散负荷对容许电压偏差的要求，集中反映为对中枢点的电压要求。许电压偏差的要求，集中反映为对中枢点的电压要求。 在系统中采取适当的电压调整措施，使得所有中枢点的电压在系统中采取适当的电压调整措施，使得所有中枢点的电压都能得到满足。都能得到满足。 电压中枢点一般包括枢纽变电所的低压母线和具有大量本地电压中枢点一般包括枢纽变电所的低压母线和具有大量本地

38、负荷的发电机母线。负荷的发电机母线。 中枢点电压的决定方法：中枢点电压的决定方法： 对由中枢点供电的配电网络进行潮流计算，得出对中枢点的对由中枢点供电的配电网络进行潮流计算，得出对中枢点的电压的要求。电压的要求。 根据正在运行的配电网络的实际情况和经验来决定。根据正在运行的配电网络的实际情况和经验来决定。 中枢点电压的调节要求：考虑最大负荷和最小负荷两种运行中枢点电压的调节要求：考虑最大负荷和最小负荷两种运行方式。方式。 逆调压要求：要求最大负荷时中枢点的电压高于最小负荷时逆调压要求：要求最大负荷时中枢点的电压高于最小负荷时的电压。的电压。55252022-6-155-2 5-2 电力系统无功

39、功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 顺调压要求：要求中枢点的电压在最大负荷和最小负荷期间顺调压要求：要求中枢点的电压在最大负荷和最小负荷期间保持在某一容许范围内，最大负荷时的电压可以比最小负荷保持在某一容许范围内，最大负荷时的电压可以比最小负荷时的电压低。时的电压低。2. 电力系统中电压调整的基本方法电力系统中电压调整的基本方法 忽略变压器励磁和线路的电容以及网络中的功率损耗和电压忽略变压器励磁和线路的电容以及网络中的功率损耗和电压降落的横向分量。降落的横向分量。LG12/UU kUkG12N/PRQXU kkU 调整中枢点电压的方法：调整中枢点电压的方法： 改变发电机端

40、电压改变发电机端电压UG。 改变变压器变比改变变压器变比k1、k2。 改变网络中流过的无功功率改变网络中流过的无功功率Q。 改变线路的电抗。改变线路的电抗。55262022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制(1)改变发电机端电压进行调压改变发电机端电压进行调压 发电机端电压由励磁调节器控制，改变调节器的电压整定值发电机端电压由励磁调节器控制，改变调节器的电压整定值即可改变发电机的端电压。即可改变发电机的端电压。 注意：实际系统中有多个发电厂，当改变一个发电厂中发电注意：实际系统中有多个发电厂，当改变一个发电厂中发电机的端电压时，将改变

41、发电厂之间的无功功率分配。机的端电压时，将改变发电厂之间的无功功率分配。(2)改变变压器变比进行调压改变变压器变比进行调压 1)固定分接头变压器固定分接头变压器22/UUk1T/UUkTT11/PRQXUkUt2N/kUUt2NUkU2N1T2UUUU2NTT112UPRQXUUU 求得分接头额定电压求得分接头额定电压Ut后，可根据所要后，可根据所要求的低压侧电压求的低压侧电压U2是上限还是下限来选是上限还是下限来选择分接头。择分接头。55272022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 固定分接头应同时满足最大负荷和最小负荷下的电压要

42、求。固定分接头应同时满足最大负荷和最小负荷下的电压要求。2Ntmax1maxTmax2maxUUUUUmaxTmaxT2N1max1max2maxPRQXUUUU2Ntmin1minTmin2minUUUUU2NminTminT1min1min2minUPRQXUUU 如果如果UtminUtmax，则单靠变压器的分接头不能同时满足最大，则单靠变压器的分接头不能同时满足最大负荷和最小负荷下低压母线的电压要求。负荷和最小负荷下低压母线的电压要求。 升压变压器分接头的选择方法与降压变压器基本相同，只是升压变压器分接头的选择方法与降压变压器基本相同，只是潮流方向不同，功率从低压侧流向高压侧。潮流方向不

43、同，功率从低压侧流向高压侧。 三绕组变压器分接头的选择方法原则上与双绕组变压器相同，三绕组变压器分接头的选择方法原则上与双绕组变压器相同，但由于三绕组变压器的高压和中压绕组都有分接头，需要根但由于三绕组变压器的高压和中压绕组都有分接头，需要根据变压器的运行方式依次选择高压和中压侧的分接头。据变压器的运行方式依次选择高压和中压侧的分接头。55282022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 例例5-4 如图所示如图所示110kV系统中，已给出线路和降压变压器折系统中，已给出线路和降压变压器折算到高压侧的的参数以及最大和最小负荷。最大负荷时

44、母线电算到高压侧的的参数以及最大和最小负荷。最大负荷时母线电压压Us为为115kV，最小负荷时母线电压为，最小负荷时母线电压为110kV。低压母线电压允。低压母线电压允许范围为许范围为1010.5kV，试选择变压器的分接头。如果低压母线在，试选择变压器的分接头。如果低压母线在最大负荷时要求不低于最大负荷时要求不低于10.5kV，而在最小负荷时要求不高于，而在最小负荷时要求不高于10kV，则分接头应如何设置？，则分接头应如何设置？解解j6.5j55.03RX(1)设最大负荷时低压母线电设最大负荷时低压母线电压处于下限压处于下限10kV。maxTmaxT2Ntmax1max1max2maxPRQX

45、UUUUU25 6.5 18 55.031111511510115.47kV最小负荷时低压母线电压处于上限最小负荷时低压母线电压处于上限10.5kV。2NminTminTtmin1min1min2minUPRQXUUUU18 6.5 10 55.031111011010.5108.88kVUtmaxUtmin，应能选到一个分接头。，应能选到一个分接头。55292022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2tmintmaxtUUU115.47 108.882112.18kV选择与它最接近的分接头电压选择与它最接近的分接头电压Ut=112.

46、75kV(+12.5%档档)。进行校验。进行校验2max25 6.5 18 55.0311115115112.75U10.24kV2min18 6.5 10 55.0311110110112.75U10.14kV注意：由于相邻两档分接头的电压差较大，为注意：由于相邻两档分接头的电压差较大，为2.5%，在选择出最近，在选择出最近的分接头后，有可能使得电压超出允许的范围。的分接头后，有可能使得电压超出允许的范围。(2) 低压母线在最大负荷时电压不低于低压母线在最大负荷时电压不低于10.5kV，要求分接头的额定电，要求分接头的额定电压不高于压不高于tmax25 6.5 18 55.031111511

47、510.5U109.97kV最小负荷时母线电压不高于最小负荷时母线电压不高于10kV，要求分接头的额定电压不低于，要求分接头的额定电压不低于tmin18 6.5 10 55.031111011010U114.33kV55302022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 2)带负荷调压变压器带负荷调压变压器 采用带负荷调压变压器时，可根据采用带负荷调压变压器时，可根据最大负荷和最小负荷时的电压要求最大负荷和最小负荷时的电压要求分别选择分接头。分别选择分接头。 例例5-5 例例5-4的系统中如采用带的系统中如采用带负荷调压变压器，且低压母线

48、在最大负荷调压变压器，且低压母线在最大负荷时要求不低于负荷时要求不低于10.5kV，而在最小，而在最小负荷时要求不高于负荷时要求不高于10kV，试选择变，试选择变压器在最大负荷和最小负荷时的分接压器在最大负荷和最小负荷时的分接头，使之满足电压要求。头，使之满足电压要求。解解 由上例的计算结果，当最大负荷时由上例的计算结果，当最大负荷时低压母线电压不低于低压母线电压不低于10.5kV，则要求分接头的额定电压不高于，则要求分接头的额定电压不高于109.97kV，因此可选择主接头，因此可选择主接头110.0kV。2max25 6.5 18 55.0311115115110U10.50kV553120

49、22-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制最小负荷时如母线电压不高于最小负荷时如母线电压不高于10kV，则要求分接头的额定电压不低，则要求分接头的额定电压不低于于114.33kV，因此选取，因此选取+4档分接头，额定电压为档分接头，额定电压为115.5kV。2min18 6.5 10 55.0311110110115.5U9.90kV(3)并联无功补偿装置进行调压并联无功补偿装置进行调压C121PRQQXUkUU 若变压器变比给定，则电容器容量若变压器变比给定，则电容器容量211CkUU UPRQXQX 若电容器容量给定，则变压器变比若电

50、容器容量给定，则变压器变比C121PRQQXkUUU 在最小负荷时将电容器切除，通过选取变压器分接头来满足在最小负荷时将电容器切除，通过选取变压器分接头来满足低压母线电压的要求。在最大负荷下，采用由最小负荷所决低压母线电压的要求。在最大负荷下，采用由最小负荷所决定的变比求出所需要的电容器容量，满足低压母线电压要求。定的变比求出所需要的电容器容量，满足低压母线电压要求。55322022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2max1max1maxmaxmaxCkUUUPRQXQXminmin1min2min1minPRQXkUUU 除了电容

51、器外，也可以用静止无功补偿装置来调压。但目前除了电容器外，也可以用静止无功补偿装置来调压。但目前静止无功补偿装置绝大多数安装在用户处，在电压中枢点专静止无功补偿装置绝大多数安装在用户处，在电压中枢点专为调压而设置的静止无功补偿装置几乎没有。为调压而设置的静止无功补偿装置几乎没有。 例例5-6 例例5-4的系统中如采用固定分接头变压器和电容器的系统中如采用固定分接头变压器和电容器进行调压，低压母线在最大负荷时要求不低于进行调压，低压母线在最大负荷时要求不低于10.5kV，而在最，而在最小负荷时要求不高于小负荷时要求不高于10kV，试选择变压器的分接头和所需的最，试选择变压器的分接头和所需的最小电

52、容器容量。小电容器容量。解解 先由最小负荷电压要求，确定变压器分接头。先由最小负荷电压要求，确定变压器分接头。18 6.5 10 55.0311010110k10.393分接头额定电压不高于分接头额定电压不高于10.39311=114.33kV，选取，选取115.5kV(+2档档)分分接头，实际变比为接头，实际变比为115.5/11=10.5。2min18 6.5 10 55.0311110110115.5U9.90kV55332022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2max1max1maxmaxmaxCkUUUPRQXQX10.5

53、 10.5 115.5115.525 6.5 18 55.0355.03(4)改变线路电抗进行调压改变线路电抗进行调压LG12N/PRQXUU kkU 在线路中串联电容器。在线路中串联电容器。 例例5-7 某某35kV线路的阻抗为线路的阻抗为10+j10，输送功率为，输送功率为7+ j6MVA，线路始端电压为，线路始端电压为37kV，如果要求线路末端电压不低于，如果要求线路末端电压不低于34kV，试确定串联电容器容量。，试确定串联电容器容量。C7 10610343735X 解解 C4.167 X 2237610152.1 A335I26C3 152.14.167 100.2892 MVAQ M

54、var934. 955342022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制3. 电压调整中的一些现象和规律电压调整中的一些现象和规律 取基准功率为取基准功率为100MVA，基准电压为各级网络的额定电压。，基准电压为各级网络的额定电压。 变电所变电所10kV母线的容许电压偏差为母线的容许电压偏差为7%；应在；应在9.310.7kV。 发电厂和变电所发电厂和变电所220kV母线电压不超过母线电压不超过110%，即不超过，即不超过242kV。情况情况1：发动机在最大和最小负荷下都以额定电压运行，电压保：发动机在最大和最小负荷下都以额定电压运行，电

55、压保持持10.5kV，升、降压变压器高压绕组在主接头运行，即变比，升、降压变压器高压绕组在主接头运行，即变比分别为分别为10.5/242和和220/11。 最大负荷时发电厂最大负荷时发电厂220kV母线电压容许偏差为母线电压容许偏差为0%10%，即，即在在220242kV范围内。范围内。55352022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况2：发电厂升压变压器分接头置于：发电厂升压变压器分接头置于2档，其它与情况档，其它与情况1相同。相同。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电

56、所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5218.83178.628.119.89最小负荷最小负荷10.5238.77229.2011.191.20 高压绕组固定分接头接高压绕组固定分接头接2档，变压器变比为档，变压器变比为10.5/(1+20.025) 242，高压侧空载电压升高，高压侧空载电压升高5%，且，且希望希望网络中各节点电压网络中各节点电压都升高都升高5%。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压

57、压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5237.31206.489.666.88最小负荷最小负荷10.5251.66243.2011.911.058%12%15%6%6%7%55362022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况3：发电厂升压变压器采用带负荷调压变压器。：发电厂升压变压器采用带负荷调压变压器。 带负荷调压变压器每档的电压为额定电压的带负荷调压变压器每档的电压为额定电压的1.25%。设在最。设在最大负荷时，置于大负荷时，置于+5档，最小负荷

58、时置于档，最小负荷时置于-6档。档。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5241.29211.859.956.46最小负荷最小负荷10.5219.16207.5710.081.51情况情况4：改变发电机电压进行调压。：改变发电机电压进行调压。 改变发电机电压进行调压。改变发电机电压进行调压。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压

59、母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷11236.53205.429.616.96最小负荷最小负荷10226.36215.5810.491.3855372022-6-155-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况5：变电所：变电所10kV母线上安装并联电容器。母线上安装并联电容器。 降压变压器采用固定分接头置于降压变压器采用固定分接头置于2档，变比为档，变比为(1+20.025) 220/11 ，并联电容器容量为，并联电容器容量为34Mvar。负荷负荷发电机

60、母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5229.12205.289.346.04最小负荷最小负荷10.5238.77229.2010.661.20 应用静止无功补偿器或同步调相机也可进行调压。应用静止无功补偿器或同步调相机也可进行调压。 电压调整的现象和规律：电压调整的现象和规律：(1)线路和变压器的电压损耗与通过的无功功率有关，在最大负线路和变压器的电压损耗与通过的无功功率有关，在最大负荷期间网络中各节点的电